溝灌方式和灌水量對溫室番茄綜合品質與產量的影響

李紅崢，曹紅霞，郭莉杰，吳宣毅

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溝灌方式和灌水量對溫室番茄綜合品質與產量的影響

李紅崢，曹紅霞，郭莉杰，吳宣毅

（西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室，陜西楊凌 712100）

【目的】探討溝灌方式和灌水量對溫室番茄綜合品質、產量、灌溉水利用效率（IWUE）以及綜合效益的影響，優化西北地區溫室番茄的溝灌方式和灌水量，為該地區溫室番茄產業的可持續發展提供科學依據?！痉椒ā客ㄟ^田間試驗，設置常規溝灌（CFI）和交替隔溝灌溉（AFI）兩種溝灌方式，以兩次灌水的間隔期Φ20 cm標準蒸發皿的累積蒸發量E為基數，設置0.6E、0.8E、1.0E、1.2E四個灌水量梯度，共8個處理，采用主成分分析法和灰色關聯度法對番茄品質進行綜合評價，以主成分綜合得分和灰色加權關聯度量化番茄的品質指標，采用變異系數法對番茄的品質、產量、灌溉水利用效率（IWUE）賦權，通過TOPSIS法對各處理下溫室番茄的綜合效益進行評價?！窘Y果】溝灌方式和灌水量均對番茄品質產生影響，主成分分析法和灰色關聯度法對番茄品質綜合評價的結果不完全一致，但兩者都得出AFI-0.6E、AFI-0.8E為品質最優的兩個處理；AFI-0.6E處理相較于產量最高的AFI-1.2E處理減產達22.56%，而AFI-0.8E處理相較于AFI-1.2E處理僅減產9.42%，且AFI-0.8E與AFI-0.6E的IWUE無顯著差異；TOPSIS綜合評價的結果表明AFI-0.8E處理為綜合效益最高的處理。【結論】采用交替隔溝灌溉，灌水量設為0.8E，在提高番茄的綜合品質的同時又可以使產量和IWUE處于較高水平，從而獲得最大的綜合效益，為溫室番茄優質、高產、高效的溝灌方式和灌水量的組合。

溫室番茄；溝灌方式；灌水量；品質綜合評價；產量；灌溉水利用效率

0 引言

【研究意義】番茄是中國西北地區設施農業種植的主要蔬菜之一[1]，同時也是該地區許多農戶主要的收入來源。近年來，隨著人們生活質量的提升，蔬菜的品質越來越受到人們的關注[2]。如何在保證產量、保障菜農收入的同時提高蔬菜的品質成為了目前研究的重點，也是協調菜農和消費者之間矛盾的關鍵。研究表明，不同的灌水方式和灌水量都會對番茄的品質和產量產生影響[3-6]。在不增加農民投入的基礎上優化溫室番茄現有的灌水方式，制定合理的灌水量確定依據，尋求保證產量與提高品質的最佳平衡點，對于該地區溫室番茄產業的可持續發展具有重要的現實意義?！厩叭搜芯窟M展】溫室番茄常用的一種灌水方式是溝灌，溝灌作為一種傳統的地面灌溉技術，近年來又發展了多種改進的形式，其中交替隔溝灌溉已在大田玉米[7]、棉花[8-9]以及溫室黃瓜[10]等作物上展開了廣泛研究。研究表明，交替隔溝灌溉能夠大量節水而不減產或減產很少，還可以改善作物的品質[8-10]。實際生產中，農民通常根據自身經驗確定溫室番茄的灌水量，灌水量往往遠高于作物實際需水量，致使灌溉水深層滲漏嚴重，不僅導致水資源的浪費，同時也會引起土壤次生鹽漬化等一系列問題[11]。蒸發皿蒸發量能夠綜合反映當時的氣象條件[6]，與作物需水量密切相關。根據蒸發皿累積蒸發量制定作物的灌溉計劃，在國內外的研究中已有大量報道[12-14]。番茄品質包含了外觀、口感、營養等方面的多個指標，其受灌水的影響明顯。邢英英等[15]的研究表明增大灌水量顯著降低番茄Vc、番茄紅素和可溶性糖含量；楊慧等[16]在研究溫室番茄優質高產的水氮模式時發現隨著灌水量的增加，可溶性固形物和Vc呈降低趨勢，番茄紅素、可溶性糖和糖酸比呈先增加后降低的趨勢。但是番茄品質是一綜合性概念，通過分析各單項指標很難判斷番茄的綜合品質。主成分分析法和灰色關聯度法是兩種常用的綜合評價方法，在烤煙等作物的綜合評價方面已有很多應用[17-18]，王峰[19]、王鵬勃[20]等也采用主成分分析法對番茄品質做過綜合評價。許多研究[20-21]表明番茄的產量隨著灌水量的增加呈先增后減的趨勢，灌水量存在一閾值，過高和過低的灌水量均不利于番茄的生產?！颈狙芯壳腥朦c】在交替隔溝灌溉下應用蒸發皿蒸發量指導溫室番茄的灌水尚未有報道；在做番茄品質綜合評價時，由于每種評價方法都有自身的缺點和局限性，僅用一種綜合評價方法得出的結果說服力不強，將主成分分析法與灰色關聯度法結合起來對番茄品質進行綜合評價的研究較少；品質、產量、灌溉水利用效率是構成溫室番茄綜合效益的3大指標，但由于品質是一綜合性概念，很難以具體數值對其進行量化，因此，基于品質、產量、灌溉水利用效率對溫室番茄綜合效益的評價報道相對較少?！緮M解決的關鍵問題】采用主成分分析法和灰色關聯度法對常規溝灌和交替隔溝灌溉下不同灌水量水平的溫室番茄進行品質綜合評價，以主成分綜合得分和灰色加權關聯度對番茄品質進行量化，利用變異系數法對品質、產量、灌溉水利用效率賦權，通過TOPSIS法對各處理下溫室番茄的綜合效益進行評價，從而提出西北地區溫室番茄優質、高產、高效的溝灌方式和灌水指標，為該地區溫室番茄產業的可持續發展提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

試驗于2015年4—8月在陜西省楊凌農業高新技術產業示范區綠百合果蔬專業合作社的日光溫室內進行。

1.1 試驗材料

試驗地位于關中平原，北緯34°17′、東經108°01′，海拔527 m，多年平均氣溫12.5℃，年均日照時數2 163.8 h，年均蒸發量1 500 mm，年平均降水量632 mm，主要集中在5—10月，屬于半濕潤易旱區。試驗溫室為西北地區常見的簡易土墻日光溫室，溫室東西長70 m，南北寬8 m，凈種植面積408 m2（68 m×6 m）。溫室頂部設通風口，底部設通風暗管，通過開閉通風口和通風暗管調節溫室內部環境，試驗全程在溫室覆蓋條件下進行，在試驗后期，隨著氣溫的回升，為避免溫室內出現高溫環境，在溫室頂部加裝遮陽網，遮陽網僅在晴天有烈日的情況下使用，使用時根據溫室內的氣溫，一般于上午10：00—11：00期間蓋網，下午3：00—4：00期間揭網。試驗溫室土壤為重壤土，0—60 cm土壤容重為1.38 g·cm-3，田間持水率為23.87%。供試番茄品種為當地主栽的‘HL2109’（，HL2109），番茄幼苗于2015年4月15日定植，留四穗果后打頂，2015年8月2日拉秧，溫室日常管理依據當地常規進行。

1.2 試驗設計

溫室中央設置Φ20 cm標準蒸發皿，高度始終與冠層保持一致，從定植后開始每天早上8：00測定蒸發皿日蒸發量。采取壟植溝灌的栽培模式，番茄植株種植于壟上，壟頂寬10 cm，壟兩側為灌水溝，溝長6 m，溝頂寬60 cm，溝底寬30 cm，溝深15 cm，行距70 cm，株距35 cm，種植密度為4.1株/m2。試驗設溝灌方式和灌水量兩個因素，其中溝灌方式因素設置兩個水平，分別為常規溝灌（CFI）和交替隔溝灌溉（AFI），CFI灌水時每個灌水溝均灌水，AFI灌水時每隔一個溝進行灌水，下次灌本次未灌水的溝，依次交替；灌水量因素以兩次灌水的間隔期Φ20 cm標準蒸發皿的累積蒸發量E為基數，設置0.6E、0.8E、1.0E、1.2E四個水平。

試驗采用完全隨機區組設計，共8個處理，即CFI-0.6E、CFI-0.8E、CFI-1.0E、CFI-1.2E、AFI-0.6E、AFI-0.8E、AFI-1.0E、AFI-1.2E，每個處理3次重復。每個小區4溝4壟，小區面積16.8 m2（2.8 m×6 m），不同小區之間為防止水分側滲，用埋深為60 cm的防滲膜隔開。

定植當天為確保秧苗的成活，采用常規溝灌對各處理進行一次統一灌水，灌水量參照當地番茄定植時的經驗灌水量。為達到蹲苗效果，第一次灌水處理距定植的間隔時間較長，以后每當蒸發皿的累積蒸發量達到（25±2）mm時即進行灌水處理，據此確定的灌水時間與灌水量，既符合溝灌灌水頻次相對較低的特點，又能保證整個灌水溝前后灌水的均勻性，同時也滿足生育期內各次追肥時間的需要。整個生育期各處理的灌水情況見表1。

表1 全生育期各處理灌水情況

1.3 測定方法

1.3.1 品質測定 在第三穗果的成熟采摘期進行品質測定。測定時在每小區隨機挑選出無壞斑的果實9顆，用精度為0.01 g的電子天平測量單果重，用游標卡尺測定果實的橫、縱徑，橫徑在果身平面上兩個垂直方向測定兩次，果形指數為番茄縱徑與平均橫徑的比值，橫徑變異系數為兩次橫徑測量值的標準差與平均值的比值；將番茄用打漿機打成勻漿，采用減壓干燥法測定果實含水量，IR200S手持式糖度計測定可溶性固形物，0.1 mol·L-1NaOH滴定法測定有機酸，硫酸-蒽酮比色法測定可溶性糖，鉬藍比色法測定Vc，EV300PC型紫外-可見分光光度計法（Thermo Fisher, USA）測定番茄紅素。

1.3.2 產量測定 每個小區標記有代表性15株番茄，產量根據種植密度折算得到。

1.3.3 灌溉水利用效率 灌溉水利用效率（IWUE）是指作物利用單位灌水量所能生產的產量，單位為kg·m-3，計算公式為：

式中，為產量（t·hm-2）；為灌溉定額（mm），100為單位轉換系數。

1.4 品質綜合評價

1.4.1 評價指標的選取 選取能夠表征番茄外觀品質的單果重（X1）、果形指數（X2）、橫徑變異系數（X3），表征番茄口感品質的果實含水量（X4）、可溶性固形物（X5）、糖酸比（X6）以及表征番茄營養保健品質的Vc（X7）、番茄紅素（X8）共8項指標作為評價變量，采用主成分分析法和灰色關聯度法對番茄品質進行綜合評價。

1.4.2 原始數據的標準化、同趨化處理 主成分分析法和灰色關聯度法雖然原理不同，但在前期數據處理時的一些步驟可做合并：為消除不同評價指標量綱的影響，兩者均需要先對數據進行標準化處理，同時，為保證評價指標優劣方向的一致，主成分分析法還需對數據進行同趨化，而同趨化后的數據更便于灰色關聯度分析時參考向量的選取。數據的標準化和同趨化可同時進行，具體方法為[22]：

對于高優指標：

對于低優指標：

式中：X為第個對象第個指標的測量值，max為指標最大值，min為指標最小值，ZX為X經標準化、同趨化后的值。

1.4.3 主成分分析 采用SPSS 22.0進行主成分分析。SPSS將主成分分析有機的嵌入到了因子分析之中，數據經過標準化、同趨化處理后，調用Factor Analysis過程進行主成分分析。主成分提取的原則是對應的特征值λ大于1。用得到的主成分載荷矩陣中的數據除以主成分相對應的特征值的開平方根，便得到每個主成分中各指標所對應的系數[23]，再以每個主成分所對應的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為各主成分的權重，即可得主成分綜合得分模型[23]，根據得分的高低對評價對象進行優劣排序。

1.4.4 評價指標權重的確定 本研究采用主成分分析法確定指標權重。主成分分析得到各項指標的公因子方差，方差的大小表示該項指標對總體變異貢獻的多少，由此可以得出各項指標的權重[24]。

1.4.5 灰色關聯度分析 采用Microsoft Excel 2016進行灰色關聯度分析。根據標準化、同趨化后的數據，構造參考向量0={01,02,…,0j}。參評樣本與參考向量的灰色關聯系數根據下式計算[17]：

記Δ為所有差值絕對值的均值，即

當Δmax＞3Δ時，；

根據用主成分分析法得到的指標權重w以及由公式（4）得到的關聯系數，計算各評價對象的加權關聯度：，通過加權關聯度的大小對參評樣本進行優劣排序。

1.5 品質、產量、IWUE綜合效益評價

1.5.1 指標權重的確定 本研究采用變異系數法對品質、產量、IWUE賦權。變異系數是衡量數據離散程度的統計量，變異系數越大，表明指標越難實現，該指標應當被賦予較大的權重；反之則應被賦予較小的權重[6]。變異系數法在確定指標權重時的

公式為：

CV=σ/x（6）

式中：W為指標的權重，CV為指標的變異系數，σ為指標的標準差，x為指標的平均值。

1.5.2 綜合效益評價模型的構建 本研究采用TOPSIS法（逼近理想解排序法）對各處理下溫室番茄的品質、產量、IWUE綜合效益進行評價。TOPSIS法是有限方案多目標決策分析時常用的一種距離綜合評價法[26]，其基本原理是：基于歸一化后的決策矩陣，找出有限方案中的正理想解Y和負理想解，以評價對象靠近正理想解的距離D和遠離負理想解的距離D確定評價對象距正理想解的相對貼近度C，以C的大小作為評價優劣的依據[6]。

針對本研究，將８個灌水處理和3個評價指標構建初始決策矩陣X=(x)8×3。由于本研究中的3個評價指標均為高優指標，根據下式得到標準化后的加權決策矩陣Y=(y)8×3：

通過公式（8）、（9）確定正、負理想解：

根據公式（10）、（11）、（12）分別計算各處理到正、負理想解的距離DD以及相對貼近度C：

C值越大，表明品質、產量、IWUE的綜合效益越好，根據C的大小，按照綜合效益對各灌水處理進行優劣排序。

1.6 采用SPSS 22.0數據處理軟件進行方差分析（Duncan法），SigmaPlot 12.5作圖。

2 結果

2.1 溝灌方式和灌水量對番茄品質的影響

由表2可以看出，溝灌方式和灌水量對番茄的單果重、果形指數和橫徑變異系數的影響均達到了極顯著水平。相同溝灌方式下，隨著灌水量的增加，單果重和果形指數增大，而果實的橫徑變異系數則減小，說明減少灌水量會使番茄果實的外觀品質降低；同一灌水量下，AFI的番茄單果重和果形指數明顯高于CFI。對于番茄的口感和營養保健品質，溝灌方式對可溶性固形物和番茄紅素的影響分別達到了顯著和極顯著水平，而對果實含水量、糖酸比和Vc含量影響不顯著；灌水量對番茄果實含水量、可溶性固形物和番茄紅素含量具有極顯著影響，對糖酸比和Vc含量具有顯著影響；溝灌方式和灌水量的交互作用對番茄的可溶性固形物、Vc和番茄紅素含量的影響均達到了極顯著水平。CFI和AFI下，隨灌水量的增加，果實含水量顯著增加，灌水量最大時果實含水量分別達到最大值95.26%和95.85%；CFI下可溶性固形物隨灌水量的增加呈先增大后減小的趨勢，在0.8E灌水量下可溶性固形物含量最大（5.30%），而在AFI下可溶性固形物含量隨灌水量的增加而降低，0.6E灌水量下含量最大（5.37%）；相同灌水量下，AFI相較于CFI能夠提高糖酸比（0.6E灌水量下除外）；對于Vc、番茄紅素兩個反映番茄營養、保健價值的指標，CFI下Vc含量隨灌水量的增加先增大后減小，在1.0E灌水量下Vc含量最高為14.29 mg·100g-1，AFI下Vc含量總體呈降低趨勢，當灌水量為0.6E時含量最大為15.95 mg·100g-1；番茄紅素含量在CFI、AFI下均隨灌水量增加先增大后減小，CFI下灌水量為1.0E時番茄紅素含量最大（68.77 μg·g-1），AFI下灌水量為0.8E時含量最大（78.77 μg·g-1），且同一灌水量下，AFI下果實的番茄紅素含量顯著高于CFI。

2.2 番茄品質的綜合評價

2.2.1 番茄品質指標的同趨化、標準化 僅從分析溝灌方式和灌水量對番茄各品質指標的影響并不能綜合評判各處理下番茄品質的優劣。為得出品質最優的灌水處理，采用主成分分析法和灰色關聯度法對番茄品質進行綜合評價。初始數據的標準化、同趨化合并進行，單果重、果形指數[27]、可溶性固形物、糖酸比、Vc、番茄紅素為高優指標，橫徑變異系數和果實含水量[28]為低優指標，根據公式（3）、（4）數據標準化、同趨化后的結果見表3。

表2 溝灌方式與灌水量對番茄品質的影響

TDVC表示橫徑變異系數；同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著；*表示在差異顯著（＜0.05）；**表示差異極顯著（＜0.01）；ns表示不顯著

TDVC means transverse diameter variation coefficient; different lowercase letters in the same column data indicate significant difference at 0.05 level; * means significant difference (＜0.05); ** means much significant difference (＜0.01); ns means not significant difference

表3 參評品質指標同趨化、標準化值

X1—X8分別表示單果重、果形指數、橫徑變異系數、含水量、可溶性固形物、糖酸比、Vc、番茄紅素。下同

X1-X8 mean single fruit weight, fruit shape index, TDVC, water content, soluble solid, sugar- acid ratio, Vc, lycopene respectively. The same as below

2.2.2 主成分分析法對番茄品質綜合評價 利用SPSS 22.0對標準化、同趨化后的數據進行主成分分析。依據特征值大于1的原則，提取用來評價各個處理的主成分，得到評價體系的總方差解釋表（表4）。結果表明，前3個主成分的累積貢獻率已達91.560%，能夠充分保留原始數據大部分變異信息，即所提取的3個主成分具有較好的代表性，因此用這3個主成分代替原來的8個指標變量來對各處理的番茄品質進行評價。

主成分載荷矩陣（表5）能夠反映各主成分中不同指標的負載信息。由表4和表5可知，第1主成分方差貢獻率達到50.154%，主要反映了單果重（X1）、果形指數（X2）、橫徑變異系數（X3）3個表示番茄外觀的指標和果實含水量（X4）、可溶性固形物（X5）、糖酸比（X6）3個表示番茄口感的指標，而這些指標都直接關系番茄的商品價值，因此第1主成分可稱為商品因子；第2主成分方差貢獻率為26.363％，主要以番茄紅素（X8）的影響為主，番茄紅素具有抗衰老、提高免疫力的保健功效，因此第２主成分可稱為保健因子；第3主成分方差貢獻率為15.044％，主要以Vc（X7）的影響為主，Vc是番茄果實中重要的營養物質，因此第3主成分可稱為營養因子。

表4 主成分分析總方差解釋

表5 主成分載荷矩陣

用各主成分載荷向量除以各自主成分特征值的算術平方根，即得到3個主成分中每個指標所對應的系數，再以提取的各主成分所對應的特征值占所提取的3個主成分特征值之和的比例作為各主成分的權重得到各處理主成分綜合得分模型：

F=-0.142ZX1-0.213ZX2-0.121ZX3+0.288ZX4+0.321ZX5+0.181ZX6+0.249ZX7+0.221ZX8

其中，F表示第處理的主成分綜合得分，ZX1、ZX2…ZX8表示第處理的8項番茄品質指標初始數據經標準化、同趨化處理后的數值。由此計算各處理的綜合主成分得分見表6，綜合得分越高，表示該處理下番茄品質越好。主成分分析結果表明，AFI-0.6E、AFI-0.8E處理為綜合品質最優的兩個處理，AFI-1.2E、CFI-1.2E兩個處理的品質最差。

根據主成分分析得到的各評價指標的公因子方差可以得到各評價指標的權重（表7）。其中，番茄紅素（X8）的權重最大，為0.1315；可溶性固形物（X5）權重最小，為0.1079，各指標的權重分布均衡，沒有出現個別指標權重極大或極小的情況。

表6 各灌水處理的主成分綜合得分及排序結果

表7 評價指標公因子方差及權重

2.2.3 灰色關聯度法對番茄品質綜合評價 根據標準化、同趨化后的數據（表3），可構造參考向量0={100,100,…,100}，此即為理想處理。參評處理與理想處理差值絕對值的均值Δ為7.75，差值絕對值的最大值Δmax為31.91，Δmax＞3Δ，根據前面介紹的分辨系數的選取原則，取1.5，因此，為0.3641。

根據公式（5）計算各參評處理與理想處理在各指標處的灰色關聯系數γ（表8），再依據主成分分析得到的各品質指標的權重計算參評處理與理想處理的加權關聯度（表8），依據加權關聯度的大小表示參評處理與理想處理的接近程度，從而對各參評處理進行品質優劣排序（表8）?；疑P聯度分析的結果顯示AFI-0.8E、AFI-0.6E為品質最優的兩個處理，CFI-0.8E、CFI-0.6E為品質最差的兩個處理。

2.3 溝灌方式和灌水量對番茄產量和IWUE的影響

不同溝灌方式和灌水量對番茄產量影響的分析結果表明（圖1），AFI具有明顯的增產效應。在相同灌水量下，AFI相較于CFI產量均顯著增加；CFI下當灌水量由0.6E增加到1.0E時，產量一直呈顯著遞增的趨勢，但當灌水量由1.0E增加到1.2E時，產量增加不顯著；AFI下灌水量由0.6E增加到1.2E的過程中，產量一直呈顯著增加趨勢，且灌水量由0.8E增加到1.2E過程中，增產的梯度較小，產量最高的AFI-1.2E處理相較于AFI-1.0E和AFI-0.8E處理分別增產5.15%和10.40%，但相較于AFI-0.6E處理產量增加較大，增幅達29.14%。

表8 參評處理與理想處理的關聯系數及加權關聯度

對IWUE的影響分析結果表明（圖1），相同灌水量下，AFI處理的IWUE顯著高于CFI處理（0.8E灌水量下差異不顯著），CFI、AFI處理的IWUE均隨灌水量的減少而顯著增加。AFI-0.6E處理的IWUE在所有處理中最大，其次為AFI-0.8E處理，且兩者差異不顯著，灌水量最大的兩個處理CFI-1.2E、AFI-1.2E的IWUE較小。

2.4 品質、產量、IWUE綜合效益評價

以品質綜合評價時得到的主成分綜合得分和灰色加權關聯度分別作為量化的品質指標，結合產量與IWUE，對8個灌水處理進行綜合效益評價，從而選出溫室番茄優質、高產、高效的溝灌方式和灌水量的組合。采用變異系數法根據公式（5）、（6）得到品質、產量、IWUE的權重見表9，可以看出，以主成分綜合得分作為量化的品質指標得到的權重順序為產量＞IWUE＞品質；而以灰色加權關聯度作為量化的品質指標得到的權重順序為品質＞產量＞IWUE。

利用公式（7）得到標準化后的加權決策矩陣，由公式（8）、（9）確定正、負理想解（表10），根據公式（10）、（11）、（12）得到各處理距正、負理想解的距離D、D以及距正理想解的相對貼近度C，根據C值的大小對8個處理的綜合效益進行排序（表11）。從排序結果可以看出，以主成分綜合得分作為品質指標和以灰色加權關聯度作為品質指標，各灌水處理的綜合效益評價結果相近，排序的波動幅度均未超過1，兩者均表明溫室番茄在AFI灌水方式下的綜合效益要優于CFI下的綜合效益，CFI下溫室番茄在灌水量為1.0E時綜合效益最大，而AFI下在灌水量為0.8E時綜合效益即可達到最大，8個試驗處理中綜合效益最大和最小的處理分別為AFI-0.8E和CFI-0.8E處理。

表9 品質、產量、IWUE指標權重

Ⅰ表示以主成分綜合得分作為品質指標，Ⅱ表示以灰色加權關聯度作為品質指標，下同

Ⅰmeans principal components scores were used as quality index; Ⅱ means grey weighted correlation degrees were used as quality index. The same as below

表10 各指標標準化后的加權矩陣

表11 各處理的排序指標值

3 討論

AFI是控制性分根區交替灌溉技術的一種田間實現形式[29]。前人在研究分根區交替灌溉對果蔬品質的影響時表明，交替灌溉可明顯改善蘋果、葡萄、番茄等果蔬的品質，提高果實的單果重、果形指數[30]、糖酸比、可溶性固形物、Vc[31-33]以及番茄中的番茄紅素的含量[34]。本研究將AFI應用于溫室番茄上得到了相似的結果，與CFI相比，AFI下溫室番茄的單果重、果形指數、可溶性固形物、番茄紅素含量均有所提高，溝灌方式對這些指標有顯著影響，但在本研究中Vc含量受溝灌方式影響不顯著，這與前人的研究結果不太一致，可能是供試作物和灌水量的確定方法不同所造成。本研究還表明，灌水量的減少會降低番茄的外觀品質（單果重、果形指數、橫徑變異系數），但會增加番茄的口感品質（果實含水量、可溶性固形物、糖酸比），Vc、番茄紅素的含量則在兩種溝灌方式下隨灌水量表現出不同的增減規律，這與前人的研究結果[28, 35]基本一致。

主成分分析法是一種將高維數據降維的分析方法，通過剔除不重要的部分，保留重要信息，簡化數據結構，用少量綜合指標代替原始高維數據的大部分信息[36]。本研究對8個灌水處理下番茄果實的8項品質指標進行主成分分析，提取了3個主成分，反映了原變量91.560%的變異信息，提取的3個主成分代表性較好，可以用其代替原來的8個品質指標對番茄品質進行評價?；疑P聯度分析的原理是構建一個理想的參考對象，通過對參試對象與理想對象的關聯度大小進行排序，關聯度越大的對象越接近于理想對象，表現越好[37]。本研究根據灰色系統理論，將番茄品質視為一個灰色系統，在對原始數據標準化、同趨化后構建參考向量，對各處理下番茄品質進行灰色關聯度分析。在使用灰色加權關聯度對番茄品質綜合評價時，權重的確定是非常重要的環節，本研究采用主成分分析法確定各品質指標的權重，得到的權重較為客觀，可以避免主觀賦權法人為因素對評價指標權重的影響。各灌水處理下番茄品質綜合主成分得分排序和灰色加權關聯度排序結果表明，大部分處理的兩者品質優劣排序結果波動不大，兩種綜合評價方法都表明AFI-0.6E、AFI-0.8E為品質最優的處理，但個別處理（CFI-0.6E、AFI-1.0E）兩者評價的結果差異較大，可能是由于本研究中的8個品質指標存在信息重疊的情況，主成分分析法能夠將選取的評價指標歸結為幾個相互獨立的主成分，很好的解決信息重疊的問題，但是為了達到對數據降維的目的只選取了特征值大于1的前三個主成分用來對番茄品質進行綜合評價，不可避免的又帶來了信息丟失的問題；灰色關聯度法忽略了評價指標信息重疊的問題，直接從評價對象與構造的理想對象幾何相似程度來計算關聯度，加大了評價結果準確性的誤差。這些評價方法本身的不足可能是造成兩種評價方法結果存在差異的主要原因，說明每種綜合評價方法都有自身的局限性，僅用一種綜合評價方法得到的結果可靠性不強。

對產量、IWUE分析表明，AFI相較于CFI可顯著增加番茄產量，提高IWUE；AFI、CFI下番茄產量均隨灌水量的減少而降低，IWUE隨灌水量的減少而增加；AFI下當灌水量由1.2E減小到0.8E過程中，番茄減產的幅度較小，而灌水量減小到0.6E時減產幅度較大，AFI-0.8E處理僅比AFI-1.2E處理減產9.42%，而AFI-0.6E處理相對于AFI-1.2E處理減產達到了22.56%，但AFI-0.8E與AFI-0.6E處理的IWUE差異不顯著。王振昌等[9]在研究隔溝交替灌溉對棉花耗水、產量的影響時指出，AFI灌水方式下作物根系兩側交替供水，從而產生補償效應，促進根系的生長，增強根系的吸水能力，從而提高棉花的產量。孫景生等[38]也指出，對作物根系不同區域進行干濕交替鍛煉，在促進根系均勻生長發育、增大根-土接觸面積的同時，也改善了土壤通透性，提高了根系的吸收活力。本研究中，AFI處理下番茄產量的增加是否也是由于根系的生長發育得到促進而引起的需要進一步研究。

將番茄品質用品質綜合評價時得到的主成分綜合得分和灰色加權關聯度進行量化，通過TOPSIS法對各處理番茄的品質、產量、IWUE進行綜合效益評價，結果表明CFI、AFI下過高和過低的灌水量均不利于綜合效益的提高，AFI下的綜合效益比CFI下高，且AFI相較于CFI在獲得最大綜合效益時需要的灌水量更少。

4 結論

交替隔溝灌溉相較于常規溝灌能夠提高番茄的單果重、果形指數、可溶性固形物以及番茄紅素含量，灌水量的減少會降低番茄的外觀品質，但增加番茄的口感品質；主成分分析和灰色關聯度分析都表明AFI-0.6E、AFI-0.8E為綜合品質最好的兩個處理，但兩種方法對綜合品質最差的處理的判斷差異較大；交替隔溝灌溉處理的產量整體比常規溝灌處理高，兩種溝灌方式下產量均隨灌水量的增加而提高，但是灌溉水利用效率受溝灌方式與灌水量影響所表現出的規律與產量相反；TOPSIS法對品質、產量、灌溉水利用效率綜合效益的分析表明，AFI-0.8E處理為綜合效益最高的處理，即采用交替隔溝灌溉，灌水量設為0.8E，在提高番茄的綜合品質的同時又可以使產量和灌溉水利用效率處于較高水平，為西北地區溫室番茄優質、高產、高效的溝灌方式和灌水量的組合。

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（責任編輯 趙伶俐）

Effect of Furrow Irrigation Pattern and Irrigation Amount on Comprehensive Quality and Yield of Greenhouse Tomato

LI Hong-zheng, CAO Hong-xia, GUO Li-jie, WU Xuan-yi

(Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Area of Ministry of Education, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi)

【Objective】This study aims at exploring the effects of different furrow irrigation patterns and irrigation amounts on the comprehensive quality, yield, irrigation water use efficiency (IWUE) and comprehensive benefit of greenhouse tomato, optimizing the furrow irrigation pattern and irrigation amount of greenhouse tomato in northwest China, so as to provide a scientific basis for sustainable development of greenhouse tomato in the region. 【Method】Common furrow irrigation (CFI) and alternative furrow irrigation (AFI) were set as two furrow irrigation patterns. Based on the cumulative evaporation from a 20 cm diameter pan between two irrigations (E), 0.6E, 0.8E, 1.0E, 1.2E were set as four different levels of irrigation amount. The quality of tomato was evaluated comprehensively by principal component analysis (PCA) and grey correlation analysis (GCA). Principal components scores and grey weighted correlation degrees were regarded as the comprehensive quality of tomato. Weight values of comprehensive quality, yield and IWUE were calculated by the coefficient of variation method. Then, TOPSIS method was used to evaluate the comprehensive benefits of all irrigation treatments. 【Result】Tomato quality was affected by both furrow irrigation pattern and irrigation amount. The evaluation results of PCA and GCA were not completely consistent. However, both PCA and GCA acquired that tomato quality under AFI-0.6E and AFI-0.8E treatments were the best. Yield of AFI-0.6E treatment decreased by 22.56% while it just decreased by 9.42% under AFI-0.8E treatment compared to AFI-1.2E treatment which acquired the most yield. While, the IWUE of AFI-0.6E and AFI-0.8E had no significant difference. The result of TOPSIS showed that AFI-0.8E treatment had the largest comprehensive benefit. 【Conclusion】 AFI coupling with the irrigation amount of 0.8E could improve the quality of tomato and guarantee the yield and IWUE, consequently generate the largest comprehensive benefit. It was the optimal combination of furrow irrigation pattern and irrigation amount.

greenhouse tomato; furrow irrigation pattern; irrigation amount; comprehensive quality evaluation; yield; IWUE

2016-04-19；接受日期：2016-08-31

國家“863”計劃（2013AA103004）、陜西省水利科技計劃項目（2014slkj-17）

聯系方式：李紅崢，Tel：17802900360；E-mail：leehongzheng@163.com。通信作者曹紅霞，Tel：18192901021；E-mail：chx662002@163.com